Команда юных исследователей, в состав которой вошла ученица Академической гимназии им. Д. К. Фаддеева Санкт-Петербургского государственного университета Елизавета Авдеенко, создала новый вид топлива для электромобиля. Работа стала одной из лучших на проектной смене «Большие вызовы» в образовательном центре «Сириус».
Этим летом в образовательной программе «Большие вызовы» приняли участие 400 одаренных детей со всей России. За месяц они создали и представили собственные проекты в рамках 12 направлений развития современной науки. Среди «больших вызовов» человечеству — беспилотный транспорт и логистические системы, агропромышленные, био- и нанотехнологии, когнитивные исследования, бионические роботы, нейроинтерфейсы и многое другое.
Гимназистка Елизавета Авдеенко прошла отбор в «Сириус» благодаря победе во Всероссийском конкурсе проектных и исследовательских работ школьников. Для конкурса она под руководством преподавателя Академической гимназии СПбГУ Анны Карцевой разработала свой вариант безопасного и экологичного аккумулятора. На создание этого проекта Елизавету вдохновила задача, которую она решала в рамках Всероссийского химического турнира школьников, проходившего в СПбГУ. По условиям задачи нужно было придумать аккумулятор, где бы использовались окислительно-восстановительные реакции железа.
«Я поняла, что химический источник тока можно сделать на основе любой химической реакции, главное, чтобы она была обратима, — рассказала школьница. — В турнирной задаче надо было использовать именно железо, поэтому я взяла берлинскую лазурь. Это вещество безопасно, и на его окислительно-восстановительных реакциях я сделала свой проект». Лиза поясняет, что для современных химических источников тока необходима большая емкость, поэтому ее проект не может быть реализован в промышленных масштабах. Однако разработанный аккумулятор получился недорогим, безопасным и экологичным: он подходит для небольших домашних приборов, которым не нужно много электроэнергии.
«В „Сириусе“ мне очень помогли знания, полученные во время работы над проектом в гимназии, — отметила Елизавета. — На ответ большим вызовам у нашей команды был всего месяц, поэтому без школьной подготовки мы не смогли бы сделать один из лучших проектов смены». Проект, над которым девушка работала в «Сириусе», стал логичным продолжением ее научных поисков. Вместе с четырьмя такими же увлеченными школьниками Елизавета разрабатывала особый химический источник тока — другими словами, топливо для электромобиля.
Электромобиль — экологичная, но крайне дорогостоящая альтернатива автомобилям на бензине. Группа юных исследователей поставила перед собой задачу: удешевить стоимость электромобиля и уменьшить время его зарядки. «Электромобили „Тесла“ проезжают без перезарядки всего 200 км, а цена одного электромобиля составляет 50 000 долларов, причем около половины этой стоимости составляют литий-ионные аккумуляторы», — объяснила Елизавета.
Команда школьников предложила альтернативу аккумуляторам — «жидкую» марганцево-цинковую батарейку, содержимое которой можно выкачивать и заменять новыми компонентами. С этой целью ребята провели реконструкцию батарейки и сделали все химические вещества жидкими. С помощью целого ряда экспериментов школьники доказали, что такая «начинка» батарейки не влияет на ее работоспособность.
По задумке, жидкие химические вещества — цинк, диоксид марганца и электролит — поочередно вводятся в батарейку через прозрачные провода. Затем израсходованные компоненты выкачиваются с помощью специальных насосов-поршней и отвозятся на завод, где с помощью электрохимических реакций перерабатываются для дальнейшего использования.
Проект «Химический источник тока. Топливо для электромобиля» был высоко оценен экспертами — членами жюри, и Елизавете предложили представить командную работу на итоговой конференции смены в «Сириусе». «В прошлом году я тоже участвовала в проектной смене, но моя работа не прошла на итоговую конференцию, — рассказала Елизавета. — Думаю, мне очень помог год обучения в Академической гимназии, куда я перешла после 9 класса. В другой, даже в очень хорошей школе, у ребят нет возможности, как у гимназистов, каждую неделю работать в университетских химических лабораториях».
После смены Елизавета успешно представила проект, посвященный топливу для электромобиля, еще на одном научном мероприятии — Science Slam School Nano в рамках Всероссийского детско-молодежного форума «Наноград-2017». Она выступила с научно-популярной лекцией и получила приглашение стать гостем финала Science Slam Nano, который пройдет 4 декабря 2017 года в Москве.
